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Análisis crítico de la generación, transporte y uso del vapor en empresa electroquímica (página 2)



Partes: 1, 2

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m *K 4
W
2
*(313K 4 ?300K 4)
Q ? 0,90*3,83m2 *5,67*10?8
Q ? 0,29 kW

Calor total perdido en un año

Qt ? Qconv ?Qrad
Qt ? 0,22007kW ?0,292kW ? 0,51kW

Estas tuberías trabajan:

1 hora al día.

5 días a la semana.

11 meses al año.

4 semanas al mes.
kJ
año
5días 4sem 11mes
* *
sem mes año
*
1h
día
*
kJ 3600s
*
s h
? 4,05 *105
Qanual ? 0,51
?
Tramo que no tiene aislante
Datos:

d = 0,1016 m

L = 6,73 m

tsuperficie = 130 oC

taire= 27 oC

A ? ?*d *L ? ?*0,1016m*6,73m ? 2,15m2
Acero oxidado.
? ? 0,79
Este valor de la emisividad se obtuvo de un material complementario de aislamiento de
tuberías.

Calor perdido por convección libre:

Para calcular el coeficiente de convección libre (h) se utiliza la ecuación 24.12 pág.
718 Termodinámica, Virgil Moring Faires.

14

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h ?1,13*?
? ?t ?
?
?
? m ? hr? C ?
h ?1,13*?
? ?t ?
?1,13*? ?
? ?
m ? hr?oC
m ? hr? C
m ?o C
m *0C
C
m ? K 4
m ?K
15
? ? ? ? ?
? kCal ?
?
? d ?
2 o
0,25
W
kJ
kCal
kCal
kCal
?
? d ?
2
2 o
2
0,25
0,25
? 7,42
1hr
3600s
*
*4,1858
h ? 6,38
? 6,38
?130oC ? 27oC ?
? 0,1016m ?
(
)
W
2
0
2
? ? 5,67*10?8
T sup ?130 ? 273 ? 403 K
Tsurr ? 27 ? 273 ? 300 K
? ? 0,79
W
Calor perdido por radiación:

4 4

A ? 2,15m2
W
4
2
*(403K 4 ?300K 4)
Q ? 0,79*2,15m2 *5,67*10?8
Q ?1,76kW

Calor total perdido en un año

Qt ? Qconv ?Qrad
Qt ?1,643116?1,76 kW ? 3,40 kW

Estas tuberías trabajan:

4 horas al día.

1 día a la semana, solo se descansan los sábados y domingos.

11 meses al año porque tienen un mes de vacaciones.

1 semana al mes.

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h ?1,13*?
??t ?
?1,13*? ?
? ?
? ?
m ?hr?oC
m ?hr? C
m ?o C
m *C
m *K
16
kJ
año
kJ
s
1día 1sem 11mes
* *
sem mes año
*
4h
día
*
3600s
h
*
? 5,38*105
Qanual ? 3,40
Se pierden a través de las tuberías sin aislante 5,38*105 kJ de calor al año.
?
Parte con recubrimiento de asbestocemento hasta la autocalve pequeña.
Datos:

d = 0,1016 m

L = 41,27 m

tsuperficie = 40 oC

taire= 27 oC

A ? ?*d *L ? ?*0,1016m*41,27m ?13,17m2

Superficie recubierta con asbestocemento.
? ? 0,90

Calor perdido por convección libre
W
kCal
kCal
?
? d ?
2
2 o
2
0,25
0,25
? 4,42
kJ 1hr
*
kCal 3600s
*4,1858
h ? 3,8
? 3,43
?40oC ?27oC ?
0,1016m
0
W
2
*(40?27)oC
Q ? A*h*(tsup ?taire) ?13,1728m2 *4,42
Q ? 0,76kW

Calor perdido por radiación
4 4
4
W
2
*(313K 4 ? 300K 4)
Q ? 0,90*13,1728m2 *5,67*10?8
Q ?1,00692 kW

Calor total perdido en un año
Qt ? Qconv ?Qrad
Qt ? 0,75691kW ?1,00692kW ?1,76 kW

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17
Estas tuberías trabajan:

1 hora al día.

5 días a la semana.

11 meses al año.

4 semanas al mes.
kJ
año
5días 4sem 11mes
* *
sem mes año
*
1h
día
*
kJ 3600s
*
s h
?1,39 *106
Qanual ?1,76383
Mediante la suma del calor perdido en las tuberías que tienen
aislante y en las
tuberías sin aislantes, se obtiene el calor perdido al año, como se muestra a
continuación.

Q Total = Q con aislante + Q sin aislante
kJ
año
6
Q Total = 2,92*10
kJ
año
5
+ 5,38*10
kJ
año
6
Q Total = 3,4*10
Calor de combustión (H):9500
=39774,6
Q
perdido? mcom.perd. * H
Qperdido
H
3,4*106

39774,6
kJ
año ? 85,48 kg
kJ año
kg
?
mcom. perd. ?
Precio del fuel oíl = 0,78

Costo de las pérdidas =85,482
*0,78
= 66,7
2.2. Evaluación crítica de salideros de vapor.

v

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18
Qt: Calor perdido,
.
Dv: Flujo de vapor fugado,
.
d: Diámetro de la fuga,
.
P: Presión de vapor,
.
hv: Entalpía del vapor a los parámetros de trabajo,
.
hlso: Entalpía del líquido saturado a la temperatura ambiente,
.
T: Tiempo de operación,
.
Nota: El tiempo de trabajo de esta tubería es de 1 hora diaria.

Datos:

Ø=2

P=10
hv=2791, 0

hlsa=113,90
——–Tabla de vapor.

——-Tabla de vapor.

v

v

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19
Costo de las pérdidas producto a salideros de vapor.
Precio del fuel oíl=0,78CUC

Costo de las pérdidas=251,67
*0,78
=196,30
Las pérdidas al año producto a los salideros son de 251,67 kg de combustible,
196,30
.
2.3. Recomendaciones para disminuir las pérdidas energéticas
en el sistema consumidor.
? Recubrir el tramo de tubería que no está aislado térmicamente.
? Darle un mantenimiento periódico a todas las tuberías de vapor, para eliminar
el salidero existente y reemplazar los tramos de aislante que estén en mal
estado.

Capítulo 3. Análisis crítico del consumo de combustible y la
combustión en la caldera.

3.1 Caracterización del combustible empleado.
Fuel Oíl mediano (Bajo vanadio)

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20
3.2- Estudio del consumo histórico de combustible de la sala
de calderas durante dos años.

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Indice de consumo
Indice de consumo
21
0,01
En el presente gráfico se analiza el comportamiento que tuvo el índice de consumo por
mes, y se puede apreciar como en el mes marzo hubo un ascenso y en el mes de julio
un descenso. Esto se manifiesta producto a que cuando hay ascenso no se cumple la
eficiencia en el proceso productivo y cuando hay descenso el aprovechamiento de la
eficiencia es mejor.

Consumo v.s meses
0,04
0,03
0,02
Series1
0,015
0,01
0,005
0

Gráfica-2: Consumo de combustible mensual del año 2013.
0

Gráfica-1: Consumo de combustible mensual del año 2012.

En este gráfico se puede observar como en el año 2013 el indice de consumo
comienza aumnetar en el mes de enero y a partir de marzo hasta junio se mantiene
estable, ya en el mes de julio comienza a descender cumpliendoce la eficiencia en el
proceso de producción.En el mes de agosto va ascendiendo y la eficiencia
disminuyendo.

Consumo v.s mes
0,04
0,035
0,03
0,025
0,02
Series1

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22
Estudio del consumo histórico de combustible de la sala de calderas durante el mes
de Febrero del 2013.

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Consumo de combustible (Lts)
23
2
CO

CO
? 13%

? 0,219%
O
2
?3,5 %
Datos de operación

?sgv=250 ?C
t
a
? 30 ?C
*962
=331,89
? ?1,201

B? 0,345

pv ?10
100
50
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728

Gráfica-3:Consumo de combustible diario del mes de Febrero 2013 .

3.3 Evaluación de la eficiencia térmica del generador de vapor.
Datos de la Prueba Termotecnia.

Estos datos del análisis de gases a la salida del G.V se obtuvieron de una prueba
que se había hecho.
En el presente gráfico de consumo de combustible por días se puede observar que
hay mayor consumo en determinados días, es porque la autoclave trabaja más horas
para incrementar la producción y cuando disminuye hacia cero es fin de semana y no
trabaja.

Consumo V.S Día
400
350
300
250
200
150
Series1

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24
t
aa
?30 ?C
t
s
? 40 ?C
tC ?30 ?C

Determinación del calor disponible.

Qd ? Qi ?Qc
kJ
kg
Qi ? 42360
kJ
kg*0C
Qc ? CC *TC

Cc ?1,738?0,0025*Tc ?1,738?0,0025*30 ?1,81
kJ
kg
Qc ?1,81*30 ?54,3
kJ
kg
kJ
kg
kJ
kg
? 42414,3
?54,3
Qd ? 42360
Determinación de la demanda de vapor.
Asumiendo
? ?80%
Dv ?
Qd2 *?
hv ?haa
? 1
Para pv ? 10

iv ?2778,1

Para taa=300C

iaa ?125,79
kJ
h
kg
h
kJ
kg
*0,345
?14632,93
Qd2 ?Qd*Bc ? 42414,3
kg
h
? 4,41
14632,93 * 0,80
2778,1?125,79
Dv ?

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25
Determinación de la eficiencia mediante el método indirecto.

Pérdida de calor sensible con los gases de salida (q2).
q2 ? k*
?sgv ?ta
CO2 ?CO
K=0,58 Coeficiente de Hassinten fue tomado del Texto Combustión y Generación de
vapor.A.Rubio CapIII Balance térmico del generador de vapor Pág 71.
? 9,7 %
250 ? 30
13? 0,219
q2 ? 0,58*
Pérdida de calor por incombustión química.
? 0,99 %
60 * 0,219
13? 0,219
?
60*CO
CO2 ? CO
q3 ?
Pérdida por combustible no quemado.

Indice de Bacharach = 3, por lo tanto según la tabla 3.2 pág. 86 del texto Combustión y
generación de vapor de A. Borroto y A. Rubio:

q4=0,4%

Pérdida de calor por radiación al medio.

La pérdida de calor por radiación al medio se determina mediante las figuras 3.3 y 3.4
Cap. III del texto GV de A. Rubio, y para operar con ellas son necesarios los
parámetros siguientes:

Calor útil nominal

Qun ? Dvn *(iv ?iaa)
Para pv ?10
=0,1
iv ?2778,1

Para taa=300C

iaa ?125, 79

Qun ? 2500*(2778,1?125,79)

Qun ?6, 63*106

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Diferencia de temperatura.

?t ? ts ?ta

?t ? 400C – 300C=100C

Calor útil de operación.
kJ
h
kJ
kg
kg
h
?1,17*104
*(2778,1?125,79)
Quop ?Qun ? Dvn(iv ?iaa) ? 4,414
Qun ?6, 63*106

Quop ? 1, 17*104

=4
Se obtiene
q5 ?3% Este valor se tomó de la gráfica 3.2 pérdidas por radiación que
se encuentra en el capítulo III pág. 69 del texto G.V de A. Rubio.

Pérdida de calor con los residuos del horno.

q6= (0)

Pérdida de calor con las extracciones (purgas).

q7=1,55% Este valor se tomó de un balance que se había hecho hace unos años
atrás.

Sumatoria de pérdidas

?qp ? q2 ?q3 ?q4 ?q5 ?q6 ?q7

?qp ? 9,7?0,99?0,4?3?0?1,55?15,64%

Cálculo de la eficiencia bruta

? ?100??qp

? ?100?15,64

? ?84,36%

La eficiencia calculada es de 84,36% y la de la chapa es de 89% esto quiere decir que
la caldera no está del todo eficiente producto a que el calentador de combustible no
funciona y no se recupera condensado.

26

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27
3.4 Caracterización del sistema de combustión.
Leyenda:

Tanque de recepción de combustible

Bomba de Fuel Oíl
Códigos

T700A

P700A B E
Tanque de alimentación de combustible B700F
Calentadores eléctricos

Quemador

Generador de vapor
H700A B

Q700

F700
El sistema de combustión está estructurado de la siguiente manera el combustible es
almacenado en el tanque de recepción, después es bombeado hacia el tanque de
combustible donde baja por gravedad hacia el calentador y por último se bombea
hacia el quemador. En este sistema de combustión existe una deficiencia que
repercute en la eficiencia del generador y es que el calentador de combustible no
funciona.

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28
3.5- Caracterización del sistema empleado para satisfacer la
demanda de vapor.
En cuanto al sistema empleado para satisfacer la demanda de vapor se puede decir
que es un generador de vapor pirotubular de una capacidad de generación de 2,5 ,
que cuenta con un sistema automático que es el encargado de encender y apagar en
dependencia de la demanda de vapor. En la fábrica donde se encuentra el mismo se
puede decir que para el uso que le dan al vapor no tiene mucha demanda y esto trae
como consecuencia que hay un sobredimensionamiento ya que el consumo es ínfimo
y no es permanente .Esto tiene cierta repercusión desde un punto de vista económico,
porque no es rentable y el gasto de combustible es mayor.

Estudio del consumo de vapor durante una semana del mes de febrero del 2013.

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Consumo de vapor kg/h
Consumo de combustible(Lts)
29
Gráfica-5: Consumo de combustible v.s por días.
1500
1000
500
0
Lunes
Martes
Miercoles
Jueves
Viernes
En la gráfica se muestra el consumo de vapor por días, donde al inicio de semana
se ve un incremento después se estabiliza y hay un solo día que el consumo
desciende. Esto quiere decir que al final de la semana la capacidad de producción
disminuye.

Consumo v.s Días
3500
3000
2500
2000
Series1
200
150
100
50
0
Lunes
Martes
Miercoles
Jueves
Viernes
Gráfica-4: Consumo de vapor v.s por días.

En esta gráfica el consumo de combustible por días se comporta de la manera
siguiente al inicio de semana hay un incremento a la mitad se mantiene estable y
al final un descenso. Esto quiere decir que al final de la semana la capacidad de
producción disminuye.

Consumo v.s Días
400
350
300
250
Series1

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30
3.6 Recomendaciones para incrementar la eficiencia del
generador de vapor.
?
?
Reparar el calentador de combustible.
Realizar recuperación de condensado.
Capítulo 4. Valoración de costos de calderas para una posible
sustitución.
El presente capítulo abordará la valoración de los costos de una caldera para una
posible sustitución, en la empresa electroquímica de Sagua, se analizarán por
diferentes
vías los
costos de dicha
caldera. Ya
que la instalada está
sobredimensionada producto a que la demanda de vapor es pequeña.

Cálculo de un estimado de la demanda de vapor en el mes de febrero del 2013.
.
Consumo de combustible promedio es de 178,67

Producción de vapor por días
Con los resultados obtenidos de la generación de vapor por horas proponemos una
, teniendo en cuenta las pérdidas y el aumento de la
caldera que produzca 1
demanda.
Tabla-4: Datos del nuevo generador de vapor.

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a) Cálculo del costo de una caldera consultado por la bibliografía titulada
Procesos de Ingeniería Química, autor Gael Ulrich.

: Costo nuevo.

: Costo de referencia.

: Índice nuevo.

: Índice de referencia.

: Precio de compra.

: Factor de presión.

: Factor de temperatura.

: Factor de módulo simple.

El costo de referencia, el precio de compra, factor de presión, factor de temperatura y
el factor de módulo simple se busca en la bibliografía titulada Procesos de Ingeniería
Química Cap5, p320, en la figura 5-4.

El valor de índice nuevo y el de referencia se obtuvo de la revista Chemical
Engineering., Economic Indicator, p60, volumen121, #6, June2014.

El índice de referencia
b)
Cálculo del costo de una caldera consultado por la bibliografía Diseño de
Plantas del autor Peter&Timmerhaus, p.238, figura: B-3.
c)
Este valor del costo se obtuvo preguntándole a los compañeros de ALASTOR,
es de 40000CUC aproximadamente.

Con los cálculos realizados por los métodos empleados se determinó que el
costo de una caldera de esa capacidad de generación oscila en un rango de
20000 a 40000CUC.
31

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32
Conclusiones Generales

Mediante el análisis crítico de la generación transporte y uso del vapor se detectó que
existen reservas de eficiencias que pueden ser explotadas en beneficio de la empresa
y el país.
porque se detectaron una serie de
La caldera no está a su máxima eficiencia
problemas que la hacen ineficiente estos son:
?
?
Calentador de combustible no está en funcionamiento.
No hay recuperación de condensado.
El estado técnico del sistema de tuberías no está bien porque presenta salideros, hay
un tramo que no tiene aislante. Estas deficiencias se encuentran en la tubería que va
hacia la autoclave de producción de silicato.
La posible sustitución de una caldera 2,5
por una de 1
trae beneficios para la
empresa porque la actual está sobredimensionada, ya que la demanda de vapor en la
instalación es pequeña y eso trae como consecuencia, que hay un gasto de
combustible grande pudiéndose evitar .Esta caldera su costo oscila sobre los
40000CUC.
El vapor que sale del generador es saturado a una presión de 10
.Pero su uso no
es adecuado porque una parte se pierde por salideros que tiene la tubería que va
hacia la autoclave de silicato. No llega a su destino final con la temperatura requerida
porque hay una sección de la tubería que no tiene aislante.

Mediante las alternativas que fueron tomadas para la determinación del costo de una
cladera de 1
se obtuvieron como resultado que el costo de una caldera oscila sobre
20000 a 40000CUC.

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33
Recomendaciones Generales

Para lograr un mejor funcionamiento de la caldera y el sistema de tuberías se
recomienda:

1- Reparar el calentador de combustible.

2-Realizar recuperación de condensado.

3-Reparar la tubería que tiene salidero.

4-Ponerle aislamiento térmico al tramo de tubería que le falta.

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34
Bibliografía

1- Rubio González, A. Generadores de Vapor. Funcionamiento y Explotación.

2- Keenan. Tablas de propiedades del agua y su vapor.

3- Rubio González, A. Instalación de Máquinas Industriales.

4- Borroto Nordelo, A; Rubio González, A. “Combustión y generación de vapor.”

5- Chemical Engineering. Economic Indicator, p60, volumen121, #6, June2014.

6- Peters&Timmerhaus., Diseño de Plantas, p238.

7- Geal Urlich., Thermal Desaing and Optimization, p337.

8- Alastor, Costos de Calderas.

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h/lts
Indice consumo real
Indice. Cons.Normado. l/h
Combustible que Debió
Consumir. ( Lts)
35
Consumo de diesel para producción.
No
Equipos
Nivel de
Actividad.
Real
horas
Consumo.
Real
( lts)
Diferencias
en
Consumo
(litros).
%
Desviacion
del indice
normado.
Desv. Abs.
1
2
3
4
5
VSU 229
VSU 183
mc-6
mc 2 turul
mc 1
1509
843
533,8
292,5
347
12842,04
6100
1315
870
920
12524,7
6996,9
4430,5
2427,8
2880,1
8,51
7,24
2,46
2,97
2,65
8,30
8,30
8,30
8,30
8,30
317,34
-896,90
-3115,54
-1557,75
-1960,10
-2,53
12,82
70,32
64,16
68,06
2,53
12,82
70,32
64,16
68,06
6 mc 5 cmesa
7 mc 4 e sosa
8 mc 3 c sosa
1017,9
617
1546,5
3234,99
1618
3950
8448,6
5121,1
12836,0
3,18
2,62
2,55
8,30
8,30
8,30
-5213,58
-3503,10
-8885,95
61,71
68,41
69,23
61,71
68,41
69,23
9
10
ZLM 40E
VOLVO
1203
375
13332,16
3895,8
9984,9
3112,5
11,08
10,39
8,30
8,30
3347,26
783,30
-33,52
-25,17
33,52
25,17
11 Tractor 088
12 Tractor 087
112,17
110
590
555
931,0
913,0
5,26
5,05
8,30
8,30
-341,01
-358,00
36,63
39,21
36,63
39,21
13
14
15
Fundición
HUW 985
HUG 357
120
32
10,5
1890
190
140
996,0
265,6
87,2
15,75
5,94
13,33
8,30
8,30
8,30
894,00
-75,60
52,85
-89,76
28,46
-60,64
89,76
28,46
60,64
8669,37
51442,99
71603,0
0,17
0,00
0,00
0,00
Anexos
AÑO 2013

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Indice. Cons.Normado. l/h
Combustible que Debió
Consumir. ( Lts)
Indice consumo real
h/lts
36
Consumo de diesel por transportación de carga.
No
Equipos
Nivel de
Actividad. Real
horas
Consumo.
Real
( lts)
Diferenci
as en
Consumo
(litros).
%
Desviacio
n del
indice
normado.
Desv.
Abs.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
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590686,1
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0,00
0,00
AÑO 2013

Monografias.com

Combustible que Debió Consumir.
( Lts)
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km/L
37
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No
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horas
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Consumo
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%
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del indice
normado.
Desv. Abs.
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2
3
4
5
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7
8
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22011
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11,67
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12,68
10,47
10,92
13,335
-227,73
-379,86
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17,81
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10,64
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1,75
1,10
6,90
17,81
283345
28841,948
0,0
0,00
0,00
AÑO 2013

Monografias.com

Combustible que Debió Consumir.
( Lts)
(Ton Km)/lts
Km
Nivel de Actividad. Real
Indice. Cons.Normado. Km/lts
Indice consumo real
38
Consumo de diésel por servicios.
No
Equipos
Consumo.
Real
( lts)
Diferencias
en
Consumo
(litros).
%
Desviacion
del indice
normado.
Desv. Abs.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
VTA 135
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VST 290
VST 944
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VSW 490
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130,0
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0,0
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100
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2,2
2,4
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2
2
2,4
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2,1
2,23
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7,3
2,75
2,77
2,623
6,14
2,2
2,03
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-330,14
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-36,15
-0,48
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-47,58
-4,17
-3,50
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82,60
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0,00
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-184,31
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0,00
0,00
0,30
0,06
0,04
1,57
0,10
0,00
2,08
100,00
2,75
4,65
-4,37
-2,29
66,47
0,00
0,01
2,90
3,81

2,11
0,32
0,92

0,01
2,73
0,12
4,14
0,88
1,89
3,29
0,85

1,27
0,13
0,12
0,00
0,00
0,30
0,06
0,04
1,57
0,10
0,00
2,08

2,75
4,65
4,37
2,29
66,47
0,00
0,01
305143,6
57738,3
57112,9

39

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